Об исследовании сообщается в журнале Science.«Мы смогли отслеживать естественный отбор на уровне всего организма, но также и на уровне последовательности генов и экспрессии генов», — сказал научный сотрудник Университета Иллинойса Шейн Кэмпбелл-Стейтон, руководивший новым исследованием. «Я думаю, что это действительно сильная и ясная история о биологической реакции на экстремальные погодные явления».Биологу редко удается получить такое подробное представление о естественном отборе животных в дикой природе.«Эти экстремальные погодные явления непредсказуемы по своей природе», — сказал Кэмпбелл-Стейтон. «И если у вас нет данных заранее, как у меня, провести такое исследование практически невозможно».
Незадолго до той роковой зимы Кэмпбелл-Стэйтон изучил пять групп аноловых ящериц, от южной оконечности Техаса до Хогдена, Оклахома, почти в 800 милях к северу. Он пытался понять, как эти хладнокровные рептилии могут выжить так далеко на севере. Их диапазон также простирается в Северную Каролину, Миссисипи и Теннесси.
«Мы не считаем это очень далеким севером, но это субтропическая ящерица», — сказал он. «Это единственный вид, насчитывающий около 400 человек в этом роде, который достигает таких высоких широт».В августе 2013 года Кэмпбелл-Стейтон собрал ДНК нескольких десятков анольных ящериц, а также собрал данные об их профилях экспрессии генов, информацию, которая может показать, какие гены транскрибируются и транслируются в белки и на каком уровне. Он также проверил способность ящериц физически функционировать на холоде.После полевых работ он отправился домой, в лабораторию Гарвардского университета, и сказал своему консультанту, что закончил сбор данных.
Затем рекордная зима, вызванная изменением полярного водоворота, изменила погодные условия в США.Когда он увидел фотографию ящерицы, лежащей мертвой на спине в снегу, Кэмпбелл-Стейтон понял, что ему следует вернуться, чтобы изучить ящериц, переживших шторм. Он и его коллеги из Гарварда и Техасского университета вернулись следующей весной и снова в августе, чтобы собрать те же данные по тем же популяциям, которые он изучал ранее.
Когда исследователи проанализировали данные, они увидели устойчивый след естественного отбора у выживших ящериц с самых южных участков.«Одним из замечательных моментов этого исследования является то, что у нас было три независимых доказательства — маркеры ДНК, уровни экспрессии генов и физиологические показатели — все они указывают на один и тот же биологический сигнал, сдвиг в сторону большей устойчивости к холодной погоде», — сказал он.
Профессор биологии животных Университета Иллинойса Джулиан Катчен, соавтор исследования.Многие ящерицы выжили, и выжившие, вероятно, лучше переносили будущие холода. Но, по словам исследователей, история не совсем радужная.«Можно подумать:« О, они ответили!
Теперь им лучше ». Но за отбор всегда приходится платить, по сути, смертью », — сказала Кэмпбелл-Стейтон. «Возможно, животные, которые не пережили эту бурю, обладали генетическими вариантами, позволяющими пережить волну жары, засуху или какое-то другое экстремальное явление. А теперь эти линии по существу исчезли».Ученые только начинают понимать, как экстремальные погодные явления, которые, как ожидается, будут усиливаться по мере повышения глобальной температуры, влияют на естественное население, сказала Кэмпбелл-Стейтон.
«Как эти различные экстремальные погодные явления будут сочетаться, чтобы повлиять на аспекты отбора и эволюции естественных популяций? Это очень важный вопрос в будущем», — сказал он.